李 想,谷 闖,戚 勝

(1.吉林化工學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，吉林 吉林 132012；2.四平市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)中心，吉林 四平136001)

我國(guó)擁有豐富的煤炭資源，煤炭的種類千差萬(wàn)別，部分煤炭中含有大量的鈉鹽.當(dāng)鍋爐燃用此類煤炭時(shí)會(huì)在其內(nèi)部受熱面產(chǎn)生積灰、腐蝕、結(jié)渣等一些列現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了受熱面的傳熱效果，導(dǎo)致了鍋爐熱效率降低，且影響鍋爐的使用壽命和安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行.因此，如何能夠有效地降低高鈉煤中鈉鹽的含量就成了解決鍋爐燃燒高鈉煤的方法之一.國(guó)內(nèi)的學(xué)者對(duì)煤炭中的水溶性鈉的脫除開(kāi)展了大量的研究工作，研究結(jié)果表明水量、水溫和不同的洗滌劑都會(huì)對(duì)脫鈉效果造成較大的影響.本次實(shí)驗(yàn)采用離子法洗煤脫鈉提質(zhì)，采用陽(yáng)離子交換樹(shù)脂作催化劑，對(duì)煤炭進(jìn)行脫鈉提質(zhì).通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)比洗滌后煤炭的脫鈉效果和煤質(zhì)特性，為高鈉煤在鍋爐燃燒中的應(yīng)用提供參考[1,2].

1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1.1 實(shí)驗(yàn)樣品的基礎(chǔ)分析

本實(shí)驗(yàn)采用的煤為新疆準(zhǔn)東地區(qū)火力發(fā)電廠使用的準(zhǔn)東煤，根據(jù)煤的工業(yè)分析國(guó)標(biāo)GB/T 30732-2014和煤的元素分析依據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T 31391-2015，樣品煤的元素分析和工業(yè)分析如表1所示，煤灰灰成分的分析依據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T 1574-2007，灰成份和灰熔點(diǎn)如表2所示[3,4].

表1 原煤的工業(yè)分析和元素分析

表2 灰成份分析和灰熔點(diǎn)

由分析結(jié)果可以得出如下結(jié)論：樣品煤具有高揮發(fā)份、高水分、中等發(fā)熱量、低硫、低灰等特性，在煤的灰分分析中可以看出堿性金屬氧化物含量較高，灰熔融特性溫度明顯較低.可預(yù)見(jiàn)燃燒此類煤種時(shí)容易在鍋爐及其附屬設(shè)備中產(chǎn)生腐蝕、結(jié)渣、沾污等一系列影響傳熱效果現(xiàn)象的發(fā)生，這也證明了燃用高鈉煤存在一定安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的缺陷[5,6].

1.2 樣品煤的萃取

稱取1 g的空氣干燥基煤樣，加入100 mL的去離子水，將其放置在60 ℃的恒溫水浴中加熱12 h，然后過(guò)濾，并將濾液繼續(xù)加入去離子水，稀釋至100 mL.對(duì)過(guò)濾后的殘留物，分別1 mol/L的稀鹽酸和1 mol/L的醋酸銨重復(fù)上述操作.將煤樣和最終的殘留物干燥后分別采用氫氟酸和硝酸作為消解液做微波消解，同時(shí)采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀對(duì)消解液進(jìn)行鈉元素的含量分析，最后用離子色譜儀分析儀分析萃取濾液中鈉元素含量.

1.3 脫鈉實(shí)驗(yàn)

表3 實(shí)驗(yàn)工況

1.4 煤樣灰熔特性

實(shí)驗(yàn)根據(jù)GB/T219規(guī)定的角錐法，使用HR-8000B微機(jī)一體灰熔點(diǎn)測(cè)量?jī)x，使用馬沸爐快灰法制備樣品灰，在弱還原性氣氛下測(cè)定煤樣的4個(gè)灰錐特征溫度：變形(DT)、軟化(ST)、半球(HT)和流動(dòng)(FT).

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 煤中鈉鹽的存在形式

采用不同組成成分的萃取液，按照逐級(jí)萃取的方法，樣品煤中鈉的成分可細(xì)分為水溶性鈉、醋酸銨溶鈉、稀鹽酸溶鈉和不可溶性鈉.樣品煤中鈉鹽的存在形式如表4所示，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，樣品煤中水溶性鈉的比例最接近鈉鹽總量的三分之二，而其他成分所占的比例相對(duì)較少，所以采用樹(shù)脂水洗的方法可以有效脫除樣品煤中的鈉鹽，降低其在鍋爐燃燒過(guò)程中產(chǎn)生積灰、腐蝕、結(jié)渣的可能性[7-9].

表4 鈉鹽的存在形式

2.2 洗滌時(shí)間和溫度對(duì)除鈉效果的影響

在同等條件下對(duì)樣品煤進(jìn)行洗滌，然后將其過(guò)濾，使用鈉度計(jì)測(cè)量濾液中的鈉離子濃度，鈉度計(jì)的測(cè)量顯示值為PNa值，其值與鈉離子濃度相對(duì)應(yīng)，濃度可由與PNa值對(duì)應(yīng)的鈉離子濃度表查出.PNa值隨洗滌時(shí)間的變化如圖1，可以看出，洗滌時(shí)間4小時(shí)為最佳.同理，在相同的洗滌時(shí)間條件下，洗滌溫度60 ℃鈉脫除效果最好，如圖2所示.

t/h圖1 PNa值隨時(shí)間的變化值

T/℃圖2 PNa值隨溫度的變化均值

2.3 洗滌前后灰熔融特性的對(duì)比

樣品煤在不同洗滌溫度條件下的灰熔融特征溫度測(cè)定結(jié)果如圖3所示.從圖中可以看出洗滌溫度60 ℃的灰熔融特性最好，是最佳溫度洗滌點(diǎn).表5為洗滌溫度為60 ℃時(shí)，所對(duì)應(yīng)的4個(gè)灰錐特征溫度，其中樣品煤洗滌后軟化溫度達(dá)到1 289 ℃，比未洗滌煤的軟化溫度高出124 ℃，可見(jiàn)洗滌的效果相當(dāng)明顯.

T/℃圖3 不同洗滌溫度條件下的灰熔點(diǎn)變化

ash melting point/℃DTSTHTFTraw coal1120116511931239the best condition1204128913301358difference84124123119

3 結(jié) 論

(1) 樣品煤中水溶性鈉的比例最接近鈉鹽總

量的2/3，采用樹(shù)脂水洗的方法可以有效脫除樣品煤中的鈉鹽，降低其在鍋爐燃燒過(guò)程中產(chǎn)生積灰、腐蝕、結(jié)渣的可能性.

(2) 相同條件下洗滌時(shí)間和溫度對(duì)除鈉效果的影響較大，存在最佳洗滌溫度和最佳洗滌時(shí)間分別為60 ℃與4 h.

(3) 在最佳洗滌溫度60 ℃條件下，洗滌后樣煤軟化溫度達(dá)到1 289 ℃，比未洗滌煤的軟化溫度高出124 ℃，洗滌效果相當(dāng)明顯.